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Heizungs-Lüftungseinrichtung an kraftstoffbetriebenen Frischluftheizgeräten, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Heizungs-Lüftungseinrichtung an kraftstoffbetriebenen Frischluftheizgeräten, insbesondere für Kraftfahrzeuge zum Zwecke der Klimatisierung des Fahrgastraumes, mit einem Gebläse für die Frischluft und mit dessen Elektromotor gekuppelten Aggregaten, wie Kraftstofforder- pumpe, -zerstäuber und Verbrennungsluftgebläse.
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Frischluftstrom auch zur Lüftung des Fahrgastraumes während der heissen Sommermonate benutzen.
Zu diesem Zweck wurde vorgeschlagen, zusätzlich mechanische'Einrichtungen vorzusehen, welche als Kupplung bzw. als Regelgetriebe ausgebildet sind und das Antriebsmoment eines Gebläsemotors auf einer Reihe von Zusatzaggregaten, wie Kraftstofförderpumpe, -zerstäuber und Verbrennungsluftgebläse unterbrechen oder reduzieren. Es ist auch bekannt, zum Zwecke einer Heizungs- bzw. Lüftungsregulierung einen in seiner Drehzahl regelbaren Elektromotor vorzusehen, der die Fördereinrichtungen eines Heizgerätes entsprechend beeinflusst und den Heizungs-bzw. Lüftungseffekt auf die jeweiligen Erfordernisse einstellt.
Die bisher verwendeten mechanischen Einrichtungen sind aufwendig und daher kostspielig, sie müssen ferngesteuert werden und sind darin insofern unzuverlässig, als sie nahe der Verbrennungszone des Gerätes untergebracht sind und der zur Steuerung nötige Kraftaufwand durch Verschmutzung und mangelnde Schmierung unzulässig ansteigen kann. Auf eine Fernbedienung zu verzichten ist jedoch aus Gründen eines gewissen Bedienungskomforts undiskutabel, ein Hantieren unmittelbar am Gerät soll auf das unumgänglich notwendige Mass beschränkt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand an mechanischen Einrichtungen für den Umschaltvorgang des Heizungs-Lüftungsgetriebes zu reduzieren bzw. überhaupt entbehrlich zu machen und die Fernbedienung zur Auslösung dieses Vorganges einfach und zuverlässig zu gestalten.
Dies wird gemäss der Erfindung dadurch bewirkt, dass durch einen elektrischen Polwender als Fernschalter der Drehsinn des Elektromotors umkehrbar ist, wobei gegebenenfalls Freilaufkupplungen vorgesehen sind, die den Antrieb der Kraftstofförderpumpe unterbrechen und den Kraftstoffzerstäuber sowie das Verbrennungsluftgebläse bei Änderung der Drehrichtung des Elektromotors von diesem trennen.
Die Massnahmen der erfindungsgemässen Lösung bestehen also in einem einfachen elektrischen Schaltvorgang, welcher bekanntlich bei dem in der Kraftfahrzeugelektrik üblichen Gleichstrombetrieb ohne weiteres möglich ist und bei Polwechsel die Umkehrung der Laufrichtung eines Kollektormotors zur Folge hat. Diesen Umstand macht sich die Erfindung zunutze und lässt mit der Umkehrung des Drehsinns des Motors die zur Lüftung entbehrlichen Aggregate unwirksam werden, wobei zunächst schon eine Umkehrung des Drehsinns der Förderpumpe deren Unwirksamwerden, d. h. keinen Kraftstoff zu fördern, zur Folge hätte.
Die gleichfalls im umgekehrten Drehsinn laufenden Zerstäuber und Verbrennungsluftgebläse werden durch das Ausbleiben des Kraftstoffes automatisch unwirksam, die vorzugsweise Anwendung einer Freilaufkupplung lässt diese Aggregate jedoch ebenfalls zum Stillstand kommen, was eine Einsparung an Motorkraft und damit an elektrischer Energie bedeutet. Der Frischluftstrom wird unter der Voraussetzung, dass ein Radialgebläse vorgesehen ist, in beiden Drehrichtungen des Gebläsemotors als Warmluft bzw. als Kaltluft dem Wageninneren zugeführt, um dessen Heizung bzw. Lüftung zu bewirken.
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Als Variante zu der erfindungsgemässen Grundkonzeption eines Heizungs-Lüftungsgerätes besteht die Möglichkeit, an Stelle des Radialgebläses ein Axialgebläse zu verwenden. Es würde in diesem Falle die Aufheizung des Fahrgastraumes durch den Belüftungsvorgang mittels eingeblasel1er Warmluft erfolgen, die Kühlung dagegen durch einen Entlüftungsvorgang, d. h. durch das Absaugen der erwärmten Luft aus dem Fahrzeuginneren. Dieser Klimatisierungsvorgang durch Entlüften zum Zwecke der Kühlung weist verschiedene Vorteile gegenüber dem Belüften auf. Es werden nämlich mit dem Frischluftstrom in den Sommermonaten Staubanteile in erhöhtem Masse in das Wageninnere befördert, da sich das Gerät in Bodennähe befindet bzw. auch die Frischluft in Bodennähe angesaugt wird.
Der Entlüftungsvorgang zu Kühlzwecken hingegen bewirkt das Absaugen verbrauchter und aufgewärmter Luft aus dem Wageninneren und lässt das Nachströmen der Luft durch die ohnehin für diesen Zweck vorgesehenen Lüftungseinrichtungen des Kraftfahrzeuges zu. Hiedurch ist eine gesteigerte Luftströmung im Wageninneren zu verzeichnen, die angenehm als Kühlung empfunden wird und deren Intensität durch das Öffnen und Schliessen dieser gegebenen Lüftungseinrichtungen reguliert werden kann.
An einem praktischen Beispiel soll nachstehend die Anwendung des erfinderischen Lösungsgedankens an einem Frischluftheizgerät erläutert werden, wobei die Anwendung der Erfindung nicht auf diese Geräte beschränkt ist, sondern auch z. B. an Mischluftgeräten mit Erfolg möglich ist.
Fig. l zeigt den schematischen Aufbau eines Frischlufiheizgerätes und die Fig. 2 und 3 Details der Gebläseeinrichtung.
Es wird zunächst von jener Variante der Erfindung ausgegangen, welche in beiden Fällen, also sowohl bei der Heizung als auch bei der Lüftung Frischluft ansaugt und in das Wageninnere einströmen lässt.
Der hiebei wirksame Luftschleudereffekt eines Radialgebläses 1 wird in dessen beiden Drehrichtungen Luft ansaugen und durch die Kanäle des Heizgerätes drücken.
Wie aus Fig. l ersichtlich, streicht die Frischluft dabei durch Ringkanäle 2, die von innen durch die heissen Abgase des Brenners 3 erwärmt werden, wenn das Gerät auf Heizung eingestellt ist. Das Radiale- blase l wird durch einen Elektromotor 4 angetrieben, an welchem nach der Brennerseite zu ein Verbrennungsluftgebläse 5 und einKraftstoff-Zerstäuber 6, auf der Ansaugseite ausser dem Radialgebläse noch eine Kraftstofförderpumpe 7 angekuppelt ist. Sämtliche Aggregate sind untereinander und zum Rohrsystem des Wärmetauschers koaxial ausgerichtet.
Die Richtung des Frischluftstromes innerhalb des Gerätes ist sowohl beim Heiz- als auch beim Kühlvorgang der gleiche und verläuft in folgender Weise :
Das Radialgebläse 1 drückt die angesaugte Frischluft an die Gehäuse-Innenwand, entlang dieser bis in den Bereich des Wärmetauschers 8, in welchem sie sich dann in zwei Ringkanäle 2 teilt. In diesen Kanälen vollzieht sich in dem einen Fall der Aufheizungsvorgang (Warmluft), in dem andern Fall findet lediglich ein Durchtritt statt (Kühlluft); der Luftaustritt nach dem Wageninneren erfolgt entweder unmittelbar aus der vorderen Öffnung 9 des Gerätes oder über eine Rohrleitung und eine Düsenkombination.
Die Verbrennungsluft wird über einen Ansaugstutzen 10 durch das Gebläse 5 ebenfalls aus der Umgebungsluft entnommen und gelangt unter gleichzeitiger Kühlung des Elektromotors 4 zum Brenner 3. Dieser Brenner befindet sich in einem zentral gelegenen Rohr des Wärmetauschers 8, dessen dem Brenner zugewendete Hälfte von der andern durch einen Flammeneinschnürring 11 abgeteilt ist. Dementsprechend ist die Verbrennungszone des Kraftstoff-Luftgemisches in eine Hauptbrennkammer 12 und eine Nachbrennkammer 13 unterteilt.
Durch die Kraftstofförderpumpe 7 gelangt das Heizöl in den rotierenden Zerstäuber 6, der es in die Hauptbrennkammer 12 einsprüht. Die zugeführte Verbrennungsluft mischt sich unter kräftiger Wirbelbildung mit dem zerstäubten Kraftstoff. Das nunmehr zündfähige Gemisch wird anfangs durch eine Glühkerze 14 zur Verbrennung gebracht, die sich im weiteren Betrieb selbst erhält. Durch den Flammeneinschnürring 11 gelangt'der sich bildende Flammenkegel in die Nachbrennkammer 13, aus der nach restloser Verbrennung die Abgase durch radiale Kanäle 15 in den doppelwandigen Teil des Wärmetauschers 8 und anschliessend durch den Abgasaustritt 16 ins Freie gelangen. Die Verbrennungswärme wird über die Wandungen des Wärmetauschers 8 an denFrischluftstromabgegeben.
Der äussere Blechmantel 17 wird durch die vorbeistreichende Luft gleichzeitig gekühlt.
Um das Gerät zur Lüftung benutzen zu können, ist die Betätigung eines Polwenders 18 erforderlich, welcher gleichzeitig als Fernsteuerorgan wirkt. Das Prinzip eines solchen Polwenders besteht darin, dass die Anschlussleitungen des Elektromotors 4 abwechselnd an den positiven und negativen Pol einer Stromquelle, in einem Fall z. B. der Batterie des Fahrzeuges, angeschlossen werden. Dementsprechend wird auch der Drehsinn des Motors 4 umgekehrt. In der praktischenAusführung sind solche Polwender entweder als Drehoder als Kippschalter ausgebildet. In Fig. 1 ist der Polwender 18 symbolisch dargestellt, die beiden elektrischen Zuleitungen 19 nach dem Motor 4 werden wechselseitig vom elektrischen Strom durchflossen, abhängig von der batterieseitigen Polung.
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Die Wirkung derDrehsinns-Umkehrung des Elektromotors 4 zum Zwecke der Lüftung und Kühlung des Fahrzeuginneren ist folgende :
Wie bereits erwähnt, ändert sich arbeitsmässig im Bereich des die Frischluft ansaugenden Radialebläses nichts, d. h. dieses wirkt auch bei umgekehrter Drehrichtung als Luftschleuder und dementsprechend ansaugend, verdichtend und fördernd. Die Kraftstofförderpumpe 7 dagegen würde bei einer starren Kupplung ihren Inhalt in den Tank zurückdrücken und dann leer, d. h. ohneFörderwirkung weiterlaufen. Diese einfache Umkehrung der Kraftstoffpumpendrehrichtung erfüllt ohne weiteres den hier angestrebten Zweck, nämlich die Kraftstoffzufuhr zu unterbrechen.
Es wäre lediglich als ein Nachteil anzusehen, dass ein nach- folgender Übergang zum Heizungsbetrieb einen gewissen Vorlauf der Pumpe notwendig macht, um diese wieder mit Kraftstoff zu füllen. Ausserdem tritt eine erhöhte Abnutzung der Pumpe ein sowie ein zusätzlicher Verbrauch an elektrischer Energie an dem sonst ohne diese Belastung laufenden Elektromotor 4.
Eine Beseitigung dieses Mangels ist durch den Einbau einer Freilaufkupplung 20 in den Pumpenbetrieb zu erzielen, der über eine Schnecke 21 von der durchgehenden Welle des Elektromotors 4 abgeleitet wird und aus einem pumpenseitig angeordneten Schneckenrad 22 besteht. Der Einbau der Freilaufkupplung 20 erfolgt z. B. in das Schneckenrad 22, so dass dieses mit der Schnecke 21 in dauerndem Eingriff sein kann.
Mit der gleichen Wirkung ist eine weitere Freilaufkupplung 23 zwischen Elektromotor 4 und Verbrennungsluftgebläse 5 bzw. Zerstäuber 6 einzuschalten, welche diese Aggregate aus Gründen einer Einsparung an elektrischer Energie durch den dadurch minder belasteten Elektromotor 4 stillsetzt. Es ist also an dem Lüftungsvorgang lediglich der Motor 4 mit dem Frischluft ansaugenden Radialgebläse 1 beteiligt.
Eine Steigerung des Lüftungseffektes wird, wie eingangs erwähnt, darin erblickt, zum Zwecke der Kühlung nicht zusätzlich Frischluft dem Wageninneren zuzuführen, sondern aus diesem die verbrauchte Luft zu entfernen und durch die ohnehin gegebenen Lüftungsmöglichkeiten des Fahrzeuges Frischluft zuströmen zu lassen. Dies erfordert die Umrüstung des Gerätes als Axialgebläse, welches nun eine Umkehrung des Frischluftstromes bewirkt, wenn der Drehsinn des Gebläsemotors geändert wird. Eine Umkehrung des Drehsinns des Gebläsemotors eines Axialgebläses bewirkt eine Umkehrung der Strömungsrichtung der Luft.
Entsprechend dem Drehsinn des Gebläses ist es also möglich, den Frischluftstrom zum Zwecke der Erwärmung des Fahrgastraumes von aussen anzusaugen und durch die Heizkanäle in das Wageninnere zu lenken oder die Luft aus dem Wageninneren durch die nun unwirksamen Heizkanäle nach aussen abzuführen.
In den Fig. 2 und 3 ist an einem Heizgerät die Anordnung eines Radialgebläses 24 (Fig. 2) und eines Axialgebläses 25 (Fig. 3) dargestellt. Letzteres erhält die zur Steigerung seines Wirkungsgrades erforderlichen Lufteintritts-Leitschaufeln 26 vorgesetzt, die radial um einen zentralen Luftleitkörper 27 angeordnet sind. Die Anschlussverhältnisse gegenüber dem Heizgerät sind bei beiden Gebläsearten gleichartig ausgebildet, so dass wahlweise entsprechend der vorgesehenen Lüftungsart, das eine oder andere Gebläse angebaut werden kann.
Dies ist ein einmaliger Vorgang, der lediglich die Klimatisierungsart der Kühlluft durch Belüften oder Entlüften beeinflusst, den Heizvorgang aber in jedem Falle wirksam'werden lässt. Der Einbau eines Radial- oder Axialgebläses wird also in den meisten Fällen eine einmalige Massnahme bleiben und wirkt bestimmend auf die Lüftungsart des Fahrgastraumes. Die erfindungsgemässe Beeinflussung des Gebläses durch Drehsinnsänderung bewirkt dagegen die Temperierung und Kühlung des Fahrgastraumes.
Beide Vorkehrungen. erfüllen mit einfachen Mitteln wirksam und unbedingt sicher die eingangs gestellten Aufgaben unter völliger Ausschaltung der bisherigen Nachteile an den bekannten Geräten.
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Heating and ventilation equipment on fuel-operated fresh air heaters, in particular for motor vehicles
The invention relates to a heating and ventilation device on fuel-operated fresh air heaters, in particular for motor vehicles for the purpose of air conditioning the passenger compartment, with a fan for the fresh air and units coupled to its electric motor, such as fuel pump, atomizer and combustion air fan.
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Use fresh air to ventilate the passenger compartment during the hot summer months.
For this purpose it has been proposed to provide additional mechanical devices which are designed as a clutch or as a control gear and interrupt or reduce the drive torque of a fan motor on a number of additional units, such as a fuel pump, atomizer and combustion air fan. It is also known to provide an electric motor whose speed can be regulated for the purpose of heating or ventilation regulation, which accordingly influences the conveying devices of a heating device and which controls the heating or ventilation system. Adjusts the ventilation effect to the respective requirements.
The mechanical devices used up to now are complex and therefore expensive, they have to be remotely controlled and are unreliable in that they are located near the combustion zone of the device and the effort required for control can increase inadmissibly due to contamination and insufficient lubrication. However, for reasons of ease of use, doing without a remote control is out of the question, and handling directly on the device should be limited to what is absolutely necessary.
The invention is based on the object of reducing the expenditure on mechanical devices for the switching process of the heating / ventilation gear or making it unnecessary at all and making the remote control for triggering this process simple and reliable.
According to the invention, this is achieved in that the direction of rotation of the electric motor can be reversed by means of an electric pole changer as a remote switch, with overrunning clutches optionally being provided which interrupt the drive of the fuel feed pump and separate the fuel atomizer and the combustion air blower from the electric motor when the direction of rotation of the electric motor changes.
The measures of the solution according to the invention thus consist of a simple electrical switching process, which is known to be readily possible in the direct current operation customary in motor vehicle electrics and which results in the reversal of the direction of rotation of a collector motor when the polarity is changed. The invention makes use of this fact and, when the direction of rotation of the motor is reversed, the units that are unnecessary for ventilation become ineffective, whereby initially a reversal of the direction of rotation of the feed pump becomes ineffective, i.e. H. not to deliver any fuel.
The atomizers and combustion air blowers, which also run in the opposite direction, automatically become ineffective when there is no fuel, but the use of an overrunning clutch also causes these units to come to a standstill, which means savings in engine power and thus in electrical energy. Provided that a radial fan is provided, the fresh air flow is supplied to the interior of the vehicle as warm air or as cold air in both directions of rotation of the fan motor in order to effect its heating or ventilation.
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As a variant of the basic concept of a heating and ventilation device according to the invention, there is the possibility of using an axial fan instead of the radial fan. In this case, the passenger compartment would be heated by the ventilation process by means of blown warm air, while the cooling would take place through a venting process, i.e. H. by sucking the heated air out of the vehicle interior. This air conditioning process by venting for the purpose of cooling has various advantages over ventilation. This is because the fresh air flow in the summer months transports an increased amount of dust into the interior of the car, since the device is close to the ground or the fresh air is sucked in close to the ground.
The venting process for cooling purposes, on the other hand, causes used and warmed-up air to be sucked out of the vehicle interior and allows the air to flow through the ventilation devices of the motor vehicle, which are provided for this purpose anyway. As a result, there is an increased air flow inside the car, which is pleasantly perceived as cooling and the intensity of which can be regulated by opening and closing these given ventilation devices.
Using a practical example, the application of the inventive concept to a fresh air heater will be explained below, the application of the invention is not limited to these devices, but also z. B. is possible with mixed air devices with success.
Fig. 1 shows the schematic structure of a fresh air heater and Figs. 2 and 3 details of the fan device.
The starting point is that variant of the invention which in both cases, that is to say both in the heating and in the ventilation, draws in fresh air and lets it flow into the interior of the car.
The effective air throwing effect of a radial fan 1 will suck in air in both directions of rotation and push it through the channels of the heater.
As can be seen from Fig. 1, the fresh air passes through annular channels 2, which are heated from the inside by the hot exhaust gases from the burner 3 when the device is set to heating. The radial bladder 1 is driven by an electric motor 4 to which a combustion air fan 5 and a fuel atomizer 6 are coupled on the burner side, and a fuel feed pump 7 is coupled to the suction side in addition to the radial fan. All units are aligned coaxially with one another and with the pipe system of the heat exchanger.
The direction of the fresh air flow inside the device is the same for both the heating and the cooling process and proceeds as follows:
The radial fan 1 presses the fresh air drawn in against the inner wall of the housing, along this into the area of the heat exchanger 8, in which it then divides into two annular channels 2. In these channels, the heating process takes place in one case (warm air), in the other case only a passage takes place (cooling air); the air outlet to the interior of the car takes place either directly from the front opening 9 of the device or via a pipe and a combination of nozzles.
The combustion air is also taken from the ambient air via an intake port 10 by the fan 5 and reaches the burner 3 with simultaneous cooling of the electric motor 4. This burner is located in a centrally located tube of the heat exchanger 8, the half of which facing the burner passes through from the other a flame constriction ring 11 is divided off. The combustion zone of the fuel-air mixture is accordingly divided into a main combustion chamber 12 and an afterburning chamber 13.
The fuel oil passes through the fuel feed pump 7 into the rotating atomizer 6, which sprays it into the main combustion chamber 12. The combustion air supplied mixes with the atomized fuel, creating a powerful vortex. The now ignitable mixture is initially brought to combustion by a glow plug 14, which is self-sustaining in further operation. Through the flame constriction ring 11, the flame cone that forms enters the afterburning chamber 13, from which, after complete combustion, the exhaust gases pass through radial channels 15 into the double-walled part of the heat exchanger 8 and then through the exhaust gas outlet 16 into the open. The heat of combustion is given off to the fresh air flow via the walls of the heat exchanger 8.
The outer sheet metal jacket 17 is cooled by the passing air at the same time.
In order to be able to use the device for ventilation, the operation of a pole changer 18 is required, which also acts as a remote control element. The principle of such a pole changer is that the connecting lines of the electric motor 4 alternately to the positive and negative pole of a power source, in one case z. B. the battery of the vehicle can be connected. The direction of rotation of the motor 4 is correspondingly reversed. In the practical version, such pole changers are designed either as rotary switches or as toggle switches. In Fig. 1, the pole changer 18 is shown symbolically, the two electrical leads 19 after the motor 4 are alternately traversed by electrical current, depending on the battery-side polarity.
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The effect of reversing the direction of rotation of the electric motor 4 for the purpose of ventilating and cooling the vehicle interior is as follows:
As already mentioned, nothing changes in terms of work in the area of the radial blower sucking in the fresh air; H. this also acts as an air sling when the direction of rotation is reversed and accordingly draws in, compresses and promotes. The fuel feed pump 7, on the other hand, with a rigid coupling would push its contents back into the tank and then empty, i.e. empty. H. continue to run without any funding effect. This simple reversal of the direction of rotation of the fuel pump easily fulfills the purpose sought here, namely to interrupt the fuel supply.
It would only be seen as a disadvantage that a subsequent transition to heating mode would require a certain flow of the pump in order to refill it with fuel. In addition, there is increased wear and tear on the pump and additional consumption of electrical energy in the electric motor 4, which otherwise runs without this load.
This deficiency can be eliminated by installing an overrunning clutch 20 in the pump operation, which is derived from the continuous shaft of the electric motor 4 via a worm 21 and consists of a worm wheel 22 arranged on the pump side. The installation of the overrunning clutch 20 takes place, for. B. in the worm wheel 22, so that it can be in permanent engagement with the worm 21.
With the same effect, a further overrunning clutch 23 is switched on between the electric motor 4 and the combustion air fan 5 or atomizer 6, which shuts down these units in order to save electrical energy through the less stressed electric motor 4. Only the motor 4 with the radial fan 1 that draws in fresh air is therefore involved in the ventilation process.
As mentioned at the beginning, an increase in the ventilation effect is seen in the fact that fresh air is not additionally supplied to the interior of the car for the purpose of cooling, but the stale air is removed from it and fresh air can flow in through the vehicle's existing ventilation options. This requires the device to be converted as an axial fan, which now reverses the fresh air flow when the direction of rotation of the fan motor is changed. Reversing the direction of rotation of the fan motor of an axial fan reverses the direction of air flow.
Depending on the direction of rotation of the fan, it is possible to suck in the fresh air flow from the outside for the purpose of heating the passenger compartment and to direct it through the heating ducts into the interior of the car or to remove the air from the interior of the car through the now ineffective heating ducts.
2 and 3, the arrangement of a radial fan 24 (FIG. 2) and an axial fan 25 (FIG. 3) is shown on a heater. The latter receives the air inlet guide vanes 26 required to increase its efficiency, which are arranged radially around a central air guide body 27. The connection to the heater is the same for both types of fan, so that one or the other fan can be installed depending on the type of ventilation provided.
This is a one-time process that only influences the type of air conditioning of the cooling air by ventilating or venting, but makes the heating process effective in any case. The installation of a radial or axial fan will therefore remain a one-off measure in most cases and will have a determining effect on the type of ventilation in the passenger compartment. The influencing of the blower according to the invention by changing the direction of rotation, on the other hand, brings about the temperature control and cooling of the passenger compartment.
Both precautions. perform the tasks set at the beginning effectively and absolutely safely with simple means while completely eliminating the previous disadvantages of the known devices.